夏玉米叶片光谱吸收率初探

对不同株型、不同发育期、不同部位的夏玉米叶片光谱吸收率及冠层中的光谱分布状况作了初步分析,发现各绿色叶片对各波段光的吸收率随波长的变化趋势基本相同,但对不同叶龄、不同部位的叶片,不同品种同一部位的叶片而言,在吸收率的高低上有差异。     

不同品种玉米氮含量与叶片光谱反射率及SPAD值的相关性

为明确不同玉米品种SPAD值及光谱反射率进行氮素营养诊断的可行性,以华北地区的6个主要玉米杂交品种中单909、隆平206、郑单958、金赛06-9、农华101与登海605为材料,设置0.04、0.4、2.0和4.0 mmol/L 4个氮水平的砂培试验,研究了玉米拔节期氮含量、叶片光谱反射率及SPAD值的处理间差异,及其不同氮水平下玉米氮含量与叶片550 nm处的光谱反射率及SPAD值的相关性。结果表明:来源于氮水平的变异远高于品种及二者交互作用引起的变异,植株氮含量与叶片550 nm处的光谱反射率呈显著负相关关系(R=-0.808 8),氮含量与SPAD值存在极显著的正相关性(R=0.895 6)。因此,通过SPAD值及光谱反射率对华北地区玉米杂交种进行氮素营养诊断是可行的,且用SPAD值来诊断氮素营养状况要比光谱反射率的精确度高。     

不同水分状况下施氮对夏玉米水分利用效率的影响

通过盆栽试验采用五因素五水平通用旋转组合设计(1/2实施)方案,研究了不同水分状况下氮肥的用量和施用时期对夏玉米水分利用效率的影响。结果表明,施氮对夏玉米水分利用效率的影响大于土壤含水量,但子粒产量和生物产量水分利用率(WUE子粒和WUE生物)对施氮时期的要求不尽相同,苗期和灌浆期施氮对WUE子粒的影响较显著,而苗期和拔节期施氮对WUE生物的影响则更显著。从单因素效应看,并非施氮量和土壤含水量越高越好。水氮高效配合的关键期是拔节期,且存在阈值反应,其阈值是N0.2g/kg,土壤含水量为21%。低于阈值水平,水氮交互作用不明显,高于阈值水平,水氮互作效应显著。     

被动荧光探测水分胁迫对玉米叶片影响的初步研究

利用叶绿素荧光被动探测方法初步探讨了水分胁迫对玉米叶片生理机能的影响。水分胁迫梯度通过将离体叶片放在干燥器时间不同而获得。室内采用积分球耦合ASD光谱仪，结合加/不加滤光片照明的方法得到反射率差值光谱，即代表叶绿素荧光光谱。结果表明随着叶片含水率的降低，叶绿素荧光发射峰的位置几乎没有变化，峰高在686 nm处有先上升后逐渐降低的趋势，在740 nm处则缓慢下降。双峰比值Dif₆₈₆/Dif₇₄₀与叶片含水率呈负相关关系(R²=0.3850，n=21)，不同水分胁迫程度下利用调制式荧光仪测定的荧光参数Fv/Fm与740 nm荧光光谱峰值线性正相关，与双峰比值有负相关趋势。表明该被动方法可以探测水分胁迫引起的叶片光系统受胁状况，为田间被动遥感探测植物叶绿素荧光和生理状态提供参考。     

玉米叶片经济和水力性状及其关联性对氮肥和水分的响应

  【目的】  研究叶片经济性状和水力性状的变异性及权衡策略是揭示植物适应环境变化机制和水碳模拟的基础。分析不同氮(N)肥和水分供给下玉米叶片经济性状和水力性状的变异性及相关性,及这些叶片性状与整株植物行为间的关系,以揭示同一物种内不同氮、水有效性下叶片经济性状和叶水力性状间的关系,并探讨叶片性状预测整株生物量和水分利用特征的可能性。  【方法】  采用二因素三水平的盆栽试验,其中氮肥水平包括不施氮肥 (N₀)、播种前施N 0.2 g/kg干土 (N₁)、播种前和五叶期各施N 0.2 g/kg干土 (N₂);水分供应水平包括充分灌水 (W₂)、中度水分胁迫 (W₁) 和重度水分胁迫 (W₀),土壤含水量分别维持在田间持水量的75%～80%、50%～55%和30%～35%约3周,共9个处理。主要测定项目包括叶经济性状 [比叶质量(LMA)、叶厚度(LT)、组织密度(TD)、质量基础上的氮含量(N_mass)和面积基础上的氮含量N_area] 及水力性状 [叶脉密度(VD)、气孔密度(SD)、气孔长度(SL)和最大气孔导度(g_wmax)]。  【结果】  施氮显著增加了LMA、N_mass、N_area、VD、SD、SL和g_wmax (P < 0.05),灌水显著提高了LMA、TD和N_area (P < 0.05);在3种氮水平下,W₂处理的LMA和TD均较W₀处理增加;在N₀和N₁下,W₂处理的SD和g_wmax亦较W₀处理增加,但在N₂下,W₂处理的SD和g_wmax则低于W₀处理,氮、水间的交互作用对LMA、TD、SD和g_wmax的影响达到显著水平 (P < 0.05)。不同氮、水条件下叶经济性状和水力性状间是紧密耦联的,表现在N_mass和SD、g_wmax之间、N_area与g_wmax之间呈显著正相关 (P < 0.05)。影响生物量的主要叶性状为N_area、N_mass和VD,影响耗水量的主要为N_area、N_mass、g_wmax和LT;影响水分利用效率的主要为N_mass、LMA、LT和VD。  【结论】  玉米叶片氮含量与气孔密度、最大气孔导度间存在高度协调性,这种协调性增加了玉米对不同资源有效性的适应性;利用叶片性状可预测不同氮、水供给下玉米的生物量和水分利用特征。     

长期水分胁迫下氮、钾对夏玉米叶片光合特性的影响

采用2 种不同夏玉米基因型（陕单9号,抗旱品种;陕单911,不抗旱品种）的盆栽试验,研究了长期水分胁迫下氮、钾对各生育期叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量的影响,旨在从光合生理特性揭示这些因子的抗旱机理。结果表明,长期水分胁迫下叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度（除成熟期）和叶绿素含量显著降低,不抗旱品种降幅更甚。抗旱品种的净光合速率和叶绿素含量大于不抗旱品种,而蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度则相反。两品种苗期光合作用较弱,净光合速率和叶绿素含量均较低,抽雄期达到高峰。施氮能不同程度降低水分胁迫下玉米叶片的蒸腾速率,增加叶绿素含量,提高净光合速率,从而减缓水分胁迫对光合作用的伤害。随氮肥用量增加,不抗旱品种净光合速率和叶绿素含量显著升高,蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度明显降低,两种氮肥用量间有显著差异;抗旱品种在低氮用量时效果显著,但高低氮用量间无显著区别。钾对受水分胁迫的玉米表现出比氮肥更突出的效果。相反,在适量供水条件下,氮钾肥的作用明显下降。以上结果表明,适当用量的氮、钾肥,可以有效地改善水分胁迫下作物叶片的光合特性,从而增强作物的抗旱性。     

垄作对冬小麦、夏玉米产量和水分利用率的影响

试验于2005-2007年两年度在河南省浚县农业科学研究所试验田进行,设冬小麦、夏玉米一体化垄作和平作（对照）2个处理,重复2个周期。采用水分平衡法,研究了一体化垄作条件下冬小麦和夏玉米的产量和水分利用效率的变化。结果表明：冬小麦、夏玉米一体化垄作后,产量性状明显优于传统平作。垄作全年2季作物较平作增产9112～21688kg/hm2,增产幅度达45%～100%,其中,垄作冬小麦增产2425～5103kg/hm2,增产幅度为27%～59%,接续的夏玉米增产6687～16586kg/hm2,增产幅度达59%～128%;产量构成因素的变化表现为,冬小麦不育小穗数降低,成穗数增加,夏玉米果穗秃尖变短,2季作物的穗粒数和千粒重均增加。垄作节水效果显著,全年2季作物总耗水量降低61%～119%,水分利用效率提高113%～249%,其中垄作冬小麦耗水量降低92%～142%,水分利用效率提高132%～234%,接续的夏玉米耗水量降低37%～95%,水分利用效率提高103%～248%。     

利用卫星资料监测玉米生长期水分供应状况的研究

根据作物干物质增长速度曲线，利用迭代法求出最佳气候条件下的最大干物质累积量，进而求出最佳气候条件下的干物质累积速度。根据干物质累积速度与绿度值的关系求出最佳气候条件下的最大绿度值作为标准绿度值。以每年的绿度值的１．６次方与标准绿度值的１．６次方的比并除以温度订正系数求出水分系数，以此来评价玉米生长期水分供应状况。     

玉米苗期冠层多光谱反射率反演与叶绿素含量诊断

为了探索玉米苗期叶片叶绿素含量指标的快速、非破坏性估测方法,该文运用多光谱图像技术对大田玉米苗期叶绿素含量指标进行快速无损的诊断研究。大田试验中,采用2-CCD多光谱图像采集系统获取大田玉米苗期的冠层多光谱图像,并同步采集漫反射灰度板的多光谱图像。为消除光照对图像采集质量的影响,准确将不同光照条件下的玉米冠层图像数据转换为其叶面反射率数据,标定试验中采用一块4个不同灰度级的满足朗伯面条件漫反射灰度板,建立了叶片光谱反射率同图像灰度值之间的线性反演公式,并与大田试验中漫反射灰度板的多光谱图像建立了玉米冠层图像灰度值的校正公式。对玉米苗期冠层多光谱图像进行处理,提取出玉米冠层B、G、R、NIR(中心波长分别为470,550,620,800 nm)4个波段归一化平均灰度值。通过灰度值的校正公式得到校正后的归一化平均灰度值,由线性公式反演出R、G、B、NIR 4个波段的平均反射率值,并计算4种常见光谱植被指数(RNDVI、RNDGI、RRVI和RDVI),采用最小二乘-支持向量回归(LS-SVR)建立植被指数同叶绿素含量指标的拟合模型。结果表明:植被指数RNDVI、RRVI和RDVI和玉米冠层叶绿素含量指标拟合验证集决定系数R2为0.56,达到了较为理想的拟合结果。证明通过漫反射灰度板对玉米冠层多光谱图像建立反射率反演校正模型的方法是可行的,这一方法为快速无损检测玉米苗期叶绿素含量指标提供了支持。     

两种水分条件下夏玉米叶片气孔行为对光质的瞬时响应

在灌水和不灌水(整个生长期不灌溉)两种水分条件下,利用LI-6400便携式光合测定仪,测定3个主要生育期(拔节期、抽雄期和灌浆期选择典型日)夏玉米(郑单958)第一个功能叶片的气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)指标,据此计算叶片的瞬时水分利用效率(WUE),测定时设定了5种比例的红蓝光组合(即B/(R+B)分别为0、25%、50%、75%和100%),以对比分析不同红蓝光比对玉米叶片气孔行为的瞬时影响。结果表明:与不灌水相比,灌水处理的叶片平均Gs、Pn和Tr在抽雄期明显较高,但在拔节期和灌浆期差异不显著。不论何种水分处理,光合有效辐射为500μmol·m-2·s-1时,叶片Gs、Pn和Tr均表现为单色红光照射时最大,随着蓝光所占比例的增加,各指标均有不同程度的降低。从节水角度来看,高红光比例的光质有利于提高玉米叶片WUE。     

小麦水分状况的光反射测量

反射测量可用于对作物的水分状况进行快速而经济的评估。该研究以土壤最大持水量为标准，设65%、52%、39%、32.5%、26%和19.5%共6个水处理水平。小麦叶片光反射的测量用数码相机进行，测量结果用L*a*b*颜色系统进行评估和分析。在该三维系统中，参数a*和b*分别描述绿/红和蓝/黄颜色的比例，参数L*用来描述颜色的浅淡。结果表明，随水胁迫加剧，小麦叶片光反射参数a*(绿/红)和/或b*(蓝/黄)在9个特定波段表现出有规律的增加，植株含水率与光反射参数b*之间呈线性负相关关系，其中与510～780 nm波段的光反射参数b*之间的决定系数r^{2最大，达到0.95。因此光反射测量可以作为小麦水分状况测量的一个重要工具。}     

小麦水分状况的光反射测量

反射测量可用于对作物的水分状况进行快速而经济的评估.该研究以土壤最大持水量为标准,设65%、52%、39%、32.5%、26%和19.5%共6个水处理水平.小麦叶片光反射的测量用数码相机进行,测量结果用L*a*b*颜色系统进行评估和分析.在该三维系统中,参数a*和b*分别描述绿/红和蓝/黄颜色的比例,参数L*用来描述颜色的浅淡.结果表明,随水胁迫加剧,小麦叶片光反射参数a*(绿/红)和/或b*(蓝/黄)在9个特定波段表现出有规律的增加,植株含水率与光反射参数b*之间呈线性负相关关系,其中与510～780 nm波段的光反射参数b*之间的决定系数r2最大,达到0.95.因此光反射测量可以作为小麦水分状况测量的一个重要工具.     

用冠层高光谱反射估测玉米植株色素时的采样点和指标选择

初步分析了11个玉米品种在7个生育期的植株叶绿素含量、类胡萝卜素含量和叶绿素/类胡萝卜素比值在不同层位(上层、中层和下层)的变化特点及其与15个高光谱参量间的关系,结果发现1)玉米叶片叶绿素/类胡萝卜素比值较明显表现出随形态学高度的下降而升高;2)绝大多数的高光谱参量与叶绿素含量(mg·g^-1FW)间达到了显著或极显著相关,但相关性不强(最大r=0.56,n=77);3)高光谱参量与叶绿素/类胡萝卜素比值间相关性,明显强于与叶绿素含量或类胡萝卜素含量间的相关性(最大r=0.75,n=77),并表现出明显的层间差异,下层明显强于中层和上层。研究表明,在用高光谱反射分析玉米的色素状况时,用叶绿素/类胡萝卜素比值代替叶绿素含量作为色素指标可提高分析精度。     

用低场核磁研究烫漂对甜玉米水分布和状态影响

该文旨在用低场核磁（NMR）及其成像技术（MRI）研究甜玉米粒中的水分布和水状态,为探讨烫漂后甜玉米失重和热特性参数变化的原因提供理论依据。试验通过T2加权成像技术,观察到烫漂后的甜玉米粒出现新的水信号分布区;通过研究烫漂时间和温度对甜玉米粒横向弛豫信号的影响,发现弛豫时间为450～750 ms和50～70 ms的结合水的百分比例明显变化,并具有一定规律,这种变化是由于淀粉糊化造成的。研究表明,烫漂改变了甜玉米中水的分布和结合状态;低场核磁技术揭示了甜玉米水状态的变化规律,为食品加工过程中物性参数的研究提供了一种有效方法。     

21000-2300nm波段的小麦冠层光谱特性与叶面积指数和叶片氮含量间的关系及其受叶片水分含量的影响

The effects of leaf water status in a wheat canopy on the accuracy of estimating leaf area index （LAI） and N were determined in this study using extracted spectral characteristics in the 2 000-2 300 nm region of the short wave infrared （SWI） band. A newly defined spectral index, relative adsorptive index in the 2 000-2 300 nm region （RAI2000-2300）, which can be calculated by RAI2000-2300 = （R2224 - R2054） （R2224 ＋ R2054）-1 with R being the reflectance at 2 224 or 2 054 nm, was utilized. This spectral index, RAI2000-2300, was significantly correlated （P 〈 0.01） with green LAI and leaf N concentration and proved to be potentially valuable for monitoring plant green LAI and leaf N at the field canopy scale. Moreover, plant LAI could be monitored more easily and more successfully than plant leaf N. The study also showed that leaf water had a strong masking effect on the 2 000-2 300 nm spectral characteristics and both the coefficient between RAI2000-2300 and green LAI and that between RAI2000-2300 and leaf N content decreased as leaf water content increased.     

鲜食玉米果穗含水率近红外光谱无损检测影响因素

为了获取鲜食玉米果穗高质量近红外光谱,该研究基于近红外漫反射光谱技术开展试验参数对鲜食玉米果穗光谱特征影响及建模验证探究。根据果穗棒状特征,搭建多维度综合试验装置,采集光源类型、光强大小、探测距离和光源角度共4类不同参数下的900～1700 nm光谱数据,进行卤素灯杯与光纤光源、卤素灯杯功率20与40 W、探测距离10 ～50 mm和30°、45°及60°卤素灯杯夹角的对比试验,分析光谱差异及曲线分布规律,采用标准差和光谱面积极差指标进行光谱质量评价。进一步开展建模验证试验,针对30°和45°卤素灯杯夹角下的光谱,经多元散射校正（multiplicative scatter correction,MSC）、标准正态变量校正（standard normal variate,SNV）、一阶导数（first derivative ,FD）和趋势校正（detrending ,DT）预处理后,应用偏最小二乘回归（partial least squares,PLS）和支持向量机（support vector machines SVM）方法建立了含水率预测模型,并对建模性能进行了对比。试验结果表明,卤素灯杯、功率20 W、探测距离40 mm对应所选果穗的光谱响应充分、干扰少,与果穗特征相匹配,曲线采用标准差和光谱面积极差分别为0.83和187.2,综合光谱曲线质量评价和建模性能对比,卤素灯杯夹角45°优于30°。通过SNV预处理后的SVM预测模型具有更好的性能,校正集和预测集决定系数分别为0.943、0.880,均方根误差分别为0.708、0.932,剩余预测偏差为2.956。该研究结果可为基于近红外漫反射光谱技术的鲜食玉米果穗内在品质无损检测提供技术支撑。     

利用近红外光谱测定玉米非淀粉组分中纤维素及半纤维素含量

玉米非淀粉组分是可再生的生物质资源,为实现玉米皮渣中纤维素及半纤维含量的快速检测,该研究以偏最小二乘法(PLS)建立数学模型,探讨一阶导数及二阶导数平滑等预处理对建模的影响,建立玉米皮渣中纤维素及半纤维素近红外分析模型.研究结果表明,纤维素模型的定标集和验证集相关系数为0.9806和0.9799,定标集标准偏差(SEE...     

咸淡水交替沟灌对土壤盐分及玉米产量的影响

以玉米为试验材料,在内蒙古河套灌区进行大田试验,研究在灌水定额相同、咸淡水交替沟灌模式下,不同灌溉水质(淡水、低矿化度水、中矿化度水和高矿化度水)对沟顶和沟底土壤剖面盐分累积和玉米产量的影响。试验结果表明,无论是沟顶还是沟底,淡水灌溉下土壤剖面盐分收获前与沟灌前相比无明显差异,其他灌溉水质都引起土壤剖面盐分的累积,累积程度为高矿化度水＞中矿化度水＞低矿化度水。通过对生育期内不同时段沟顶土壤剖面盐分情况分析,同一处理土壤表层(0～5cm)盐分明显高于根系密集层(0～40cm)和土壤1m层(0～100cm);不同处理相同层次下,各个时段土壤盐分累积情况为高矿化度水＞中矿化度水＞低矿化度水＞淡水。与淡水相比,其他处理(低矿化度水、中矿化度水和高矿化度水)作物分别减产7．3％、30．3％和50．2％。     

保水剂和负压供水对玉米生理生长及水分利用效率的影响

采用一种负水头供水控水系统,通过调节供水负压值来控制不同的土壤含水率,研究3种供水负压（3、6、9 kPa）下,保水剂对玉米生理、生长性状以及节水效果的影响。结果表明：在供水负压为3 kPa时,保水剂使玉米株高降低了7.4%,叶面积降低了14.9%,地上部干物质量降低了12.4%,地下部干物质量降低了7.3%,水分利用效率降低了12.6%。在供水负压为6 kPa和9 kPa时,保水剂使玉米株高分别增加了10.0%、37.9%,叶面积分别增加了14.2%、90.8%,地上部干物质量分别显著增加40.4%、104.6%,地下部干物质量分别增加了35.3%、83.8%,水分利用效率分别显著提高了26.9%、65.7%。同时,与无保水剂的相比,玉米叶片水势分别增加7.1%、19.2%,叶片相对含水率、净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率也较高。表明在水分受限制条件下,保水剂能够改善植株的生理生长特性,提高水分利用效率。